，找到该州新上任的参院民主党领袖E??琼斯，说服后者让他代表伊州民主党竞选2004年的联邦参议员。这是个比他两年前落选的国会众议员席位更重要的位置，但琼斯看好奥巴马的潜力，愿意冒这个险。他利用自己的影响力打击党内其他参选人，为奥巴马赢得关键的竞选空间，还帮奥巴马组织了庞大的非洲裔支持队伍——这些条件都是奥巴马先前所没有的。
与此同时，奥巴马也不忘自我改造。他从2000年开始造访区内各个黑人教堂，学习黑人牧师讲话的节奏和夸赞的神态，几乎从不错过每个星期在黑人教堂发言的机会，不断强调自己对于基督教的信仰。每当有人质疑奥巴马真正的种族身份时，他就把自己的牧师、在当地非洲裔群体中拥有广泛影响力的杰里迈亚??赖特搬出来。果然，2004年联邦参议员选举中，赖特为他赢得了大量基础选民。此外，在长期的法律工作经历中，在酒吧里的扑克牌联谊中，奥巴马也得到了很多小镇律师的支持。而为了获得竞选经费，奥巴马一家甚至把公寓拿出去抵押了。最终，由于他的对手霍尔卷入家庭虐待，奥巴马以52.8%的支持率赢得了伊州民主党联邦参议员候选人的资格。
此时在与共和党人的对决中，奥巴马已是胜券在握。早前的民调中，他以22点的优势领先其共和党对手、前电台非洲裔主播艾伦??凯耶斯。于是，他在2004年7月27日以一个候选联邦参议员的身份，应邀在民主党全国代表大会上发表主题演讲。奥巴马不负众望，一讲成名，3个月后，他以70%比27%的高票当选为联邦参议员，成了美国历史上第五位，同时又是第三位普选产生的非洲裔联邦参议员，也是目前国会中唯一一位非洲裔参议员。由此，奥巴马正式登上全国政治舞台。